Il grande spazio rettangolare di piazza Santa Croce, nato davanti alla Basilica francescana, è frutto di un intervento urbanistico del Due-Trecento e rivela ancora oggi l'origine medievale in molti degli edifici che sorgono lungo il suo perimetro. Di epoca più tarda sono però i due palazzi più famosi: Palazzo Cocchi-Serristori, originale adattamento di una casa trecentesca realizzato da Baccio d'Agnolo verso la fine del XV secolo (al numero civico 1), e Palazzo dell'Antella, già appartenuto alla famiglia dei Cerchi (numero civico 21-23), leader del partito dei Guelfi "bianchi".

L'edificio fu eretto da Giulio Parigi, architetto poi attivo per i Medici in Palazzo Pitti, ripetendo il motivo medievale dei mensoloni sporgenti fra piano terreno e primo piano già presente negli edifici contigui. Ma Palazzo dell'Antella si differenzia per la bella facciata completamente affrescata nel 1620 a festoni e grottesche: l'opera fu compiuta in soli venti giorni da un gruppo di dodici pittori guidati da Giovanni da San Giovanni, amico di Niccolò dell'Antella.

Sopra il portone è un busto di Cosimo II de' Medici mentre fra due finestre del pianterreno si vede un disco marmoreo datato 10 febbraio 1565: la sua funzione è quella di segnare la linea mediana del campo da gioco in cui tutti gli anni si svolge, all'interno della piazza, lo spettacolo del Calcio in costume, folcloristica usanza nata ai primi del Quattrocento, sospesa nel 1739 e poi ripresa nel 1930.

E' infatti tradizione di Santa Croce ospitare da sempre folle di cittadini per manifestazioni civili e religiose. Qui si espressero la predicazione dell'Ordine francescano e, durante la peste del 1437, quella di San Bernardino da Siena. Qui si svolgevano le feste del Carnevale, di Calendimaggio e, specie nel Rinascimento, tornei, giostre e caroselli a cui partecipavano i giovani dell'aristocrazia fiorentina: fra questi le celebri giostre cantate dal Pulci (1469) e dal Poliziano (1475) e di cui furono protagonisti Lorenzo e Giuliano de' Medici.

Domina tutta la piazza la Basilica di Santa Croce, eretta fra il 1294 e il 1443 sull'area dove sorgeva un piccolo oratorio francescano le cui origini risalgono al 1225-26, quando ancora il Santo era in vita, e già ampliato nel 1252. Il nuovo progetto fu commissionato ad Arnolfo di Cambio, il geniale architetto capo del Comune a cui, subito dopo, sarebbero state affidate dalla città anche le costruzioni del nuovo Duomo e del Palazzo della Signoria.

La facciata è invece opera ottocentesca, realizzata dall'architetto Niccolò Matas fra il 1857 e il 1863. Accanto, sull'angolo del sagrato che costeggia via San Giuseppe, è una statua di Dante Alighieri scolpita nel 1865 da Enrico Pazzi. Anche il campanile è recente: lo ha ricostruito Gaetano Baccani nel 1847-65 dopo che quello antico era stato abbattuto da un fulmine nel 1512. Da via San Giuseppe (al numero 5/r) si entra nei giardini sul retro dell'abside e nell'ex dormitorio del Convento che oggi ospita la Scuola del cuoio, ricordo delle antiche attività artigianali cittadine (accessibile anche dalla sacrestia).
A destra della Basilica, invece, un cancello dà accesso al primo chiostro del Convento, o Chiostro dei Morti, su cui si aprono la Cappella Pazzi (1430-45 circa), piccolo capolavoro di Filippo Brunelleschi, e il Museo dell'Opera di Santa Croce, ospitato nel Refettorio e in altri locali del Convento. Qui si conservano il celebre Crocifisso di Cimabue (circa 1270, documentato nel 1288) gravemente danneggiato dall'alluvione del 1966, e il grande affresco di Taddeo Gaddi (1333) con l'Albero della Croce e l'Ultima Cena.

Nel quartiere di Santa Croce, poco distanti dalla Basilica, si possono visitare anche il Museo di Casa Buonarroti (via Ghibellina 70), dedicato a Michelangelo in quella che fu la sua casa, e il Museo Horne (via de' Benci 6), fondazione privata frutto del collezionismo del critico d'arte inglese Herbert Percy Horne.